JP3441804B2 - 画像処理装置及び方法 - Google Patents
画像処理装置及び方法Info
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Description
ックス(CG)分野における、3次元形状情報から面の
陰影づけを行う(レンダリング)に関するものであり、
特にその中でも2次元形状に画像を張り付けるテクスチ
ャマッピングに関するものである。
制作の手順は、先ず、操作者はモデリング手段により3
次元データの入力を行い、モデリングデータを得る。次
に、アニメーション手段を用い、3次元データに動きを
与え、アニメーションデータを得る。
ッピング属性設定手段により、面にマッピングする画像
の指定、マッピングの方法、画像の位置などの指定を行
い、マッピング属性データを得る。
データ、マッピング属性データより、レンダリングを行
い、最終結果を画像ファイルとして得ることになる。
の確認方法としては、アニメーションの1シーン(1画
面)に対してのみ、マッピングを含めたレンダリングを
行い、その結果から全シーンを予測して、全シーンに対
してレンダリングを行っていた。そして、全シーンを作
成して、初めて全体のアニメーションの確認を行ってい
た。
マッピングを行うの場合、満足する結果が得られなけれ
ば、再度、マッピングに必要な各種パラメータの指定を
やり直して、その後、もう一度、全シーンに対してレン
ダリングを行わなければならなかった。
あり、マッピングにかかる各種設定を簡便なものとし、
容易に、且つ、高速に所望とするアニメーション画像を
得ることを可能ならしめる画像処理装置及びその方法を
提供しようとするものである。
処理装置は以下の構成を備える。すなわち、3次元物体
形状を入力する3次元モデリング手段と、該3次元モデ
リング手段で得られた物体に動きを与えるアニメーショ
ン手段と、該アニメーション手段で得られた物体に対
し、マッピングに必要な各種属性情報を設定するマッピ
ング属性設定手段と、該マッピング属性設定手段で設定
された属性情報を、前記アニメーション手段で得られた
物体に簡易的に反映させる第1のマッピング手段と、前
記マッピング属性設定手段で設定された属性情報を、前
記アニメーション手段で得られた物体に高精細に反映さ
せる第2のマッピング手段と、前記第1のマッピング手
段で再現された物体のアニメーションを表示する表示手
段と、該表示手段の表示処理後、前記マッピング属性設
定手段による属性情報を調整するか否かを選択する選択
手段と、該選択手段で属性情報の調整を行わないことを
選択した場合、当該時点の属性情報に基づいて前記第2
のマッピング手段を付勢する制御手段と、該制御手段の
制御下で作成されたアニメーションデータを所定の記憶
媒体に順次記憶する記憶手段とを備える。
第1のマッピング手段は、3次元物体に属性情報を反映
させるための演算精度を、第2のマッピング手段の演算
精度より低くすることが望ましい。これによって、アニ
メーション作成工程中では、多少品位が下がるもののア
ニメーション全体としての動きがリアルタイムに把握で
きる。
元物体を所定サイズに固定してマッピングすることも望
ましい。これによって3次元物体のサイズを小さめにす
ることで、演算量を少なくでき、テストアニメーション
をストレスをより少なく表示することが可能になる。
を詳細に説明する。
を示す構成図である。図示において、1は3次元モデリ
ング手段で、3次元形状を作成し、3次元座標データを
得る。2はアニメーション手段で、3次元モデリングリ
ング手段1より得られる3次元データに動きを与えてア
ニメーションを作成する。3はマッピング属性設定手段
で、テクスチャーマッピングに必要なマッピングする画
像の指定、マッピングの方法(面マッピング、球マッピ
ング、環境マッピングなどの方法がある)、画像の位置
(画像のどの部分を物体のどこへ張り付けるかの指定)
などの指定を行う。4は第1のマッピング手段で、モデ
リング手段1とアニメーション手段2より得られるアニ
メーションデータにテクスチャ画像を簡易的に張り付け
る。
を高速化するために、計算の精度を落とすことを意味す
る。具体的には倍精度の演算を単精度で行う。また、画
像は一旦第1のマッピング手段で最も高速に演算できる
固定サイズ(所定サイズ以下)に自動的に変換され、拡
大縮小はそれに対して行われるようになっている。ま
た、NTSCのTV方式の場合、1秒は30フレームで
構成される。従って、通常、この方式用のCGを作成し
なければならない。しかし、現実的にマッピングを行い
ながら1秒間に30枚もCG画像を生成するのは困難で
ある。そこで、第1のマッピング手段4では、自動的
に、1秒間に演算できる枚数(例えば15枚)だけを演
算するようにしている。この結果、リアルタイムにマッ
ピングが行われる。ただし、演算精度を落としている
点、マッピングする画像サイズを変更している点、生成
画像枚数が間引かれて生成される点を考慮すると、これ
により表示されるアニメーションは、モデリング最終の
正確な演算結果と比較するとわずかながら差がある。し
かし、マッピングの各種属性を与え、その結果を確かめ
るのには十分な精度である。5は第2のマッピング手段
で、前記アニメーションデータにテクスチャ画像を高精
細に張り付ける。つまり、精度の高い演算を行い、画像
サイズも任意のものを使用できる。また、生成する画像
の枚数もTV方式に応じて正確な画像を1つ1つ生成
し、ファイルとして格納するので、アニメーションの動
きも滑らかである。その代わり、演算により多くの時間
を要する。
ョンデータの表面に印影付けを行う。このレンダレング
手段6には、前記第1のマッピング手段4と第2のマッ
ピング手段5が含まれる。7は画像表示手段で、第1の
マッピング手段4で生成した画像をCTRに表示する。
8は画像格納手段で第2のマッピング手段5で生成した
画像データをハードディスクへ格納する。
葉で説明したが、かかる部分を装置やプログラムでもっ
て実現しても良いのは、勿論である。
3次元立体のモデリング、レンダリング、マッピングと
はどのようなものか簡単に説明する。
データの入力を行うことである。但し、モデリング座標
系とは物体の形状を定義し操作するための座標系のこと
である。例えば、図2のような立方体の形状モデリング
を行う場合、まず図のように立方体のある一つの頂点を
原点としたモデリング座標系を考える。そして、この座
標系における立方体の8この頂点の座標データを例えば
次のように決定する。
ループデータを次のように決定する。
ータが、図2の物体のモデリングデータとなる。
影変換を行う。これは写真撮影に例えると、レンズの選
定(物体との距離もしくはその倍率)や撮影する場所
(視点)、カメラの向き(視軸)の決定に相当する。
示している。
てる物体の形状データはワールド座標系(物体の形を表
すときにモデル内の座標に用いる座標系)におけるデー
タに変換される。そして、対象となる物体を見ることが
できるように、選定したカメラをいろいろな方向に向け
ることで、ビューイング変換(視野変換)を行う。
のデータが視点座標系のデータに変換されることにな
る。また、この変換のためにワールド座標系の中にスク
リーン(視野窓)を指定し、このスクリーンが物体の最
終的な投影面となる。そして、このスクリーンを定義す
るための座標系がUVN座標系(スクリーン座標系)と
呼ばれている。但し、視点前方の全てのものを描くと、
不必要な計算時間をとる場合があるので作画領域を決め
ておくことも必要である。
する。図4は、投影変換を示した図である。図示におい
て、先ず空間の中心となる視点を置き、その視点からの
視軸(視点を端として人間が見ている方向に向かう半直
線)および視角(画角)θを考える。そして、視軸に直
交し、視点からの距離がfである平面を投影面(スクリ
ーン)と考えると、投影面の視錐(視点を中心として視
軸を軸とする円錐面)の交わる部分は円形をしている。
そして、図のように、この円弧上の4つの頂点を持ち、
横の長さがh、縦の長さがvである矩形領域を考え、こ
の領域をスクリーンとする。
を考える。但し、hとvの比率は表示画面の横と縦の比
率と同じであるとする。図において、先ず、OEは前述
の円形部分の半径であるので、 ∠OPE=θ/2 …(0) となり、この結果、 len(OE)=f×tan(θ/2) …(1) また、点OはEGの中点となるので、前式を用い、 len(EG)=2×len(OE)=2×f×tan(θ/2)…(2) となる。次に、表示画像の横と縦の画素数をそれぞれa
とbで既知であるとすると、この2つの比率はh,vの
比率と同じであるので、 a:b=h:v …(3) となる。また、三平方の定理より、 h^2+v^2=len(EG)^2 …(4) 従って、式(2)、(3)、(4)より、 h=2×f×tan(θ/2)/sqrt(1+(a/b)^2)…(5) v=2×f×tan(θ/2)/sqrt(1+(b/a)^2)…(6) となる。
を返す関数、sqrt(x)はxの平方根を返す関数、
x^yはxのy乗を示す。
に動かすことによって、視野変換を行う。そして、視野
変換が決定したのち、空間に存在する物体の3次元形状
の角点に対し、視点と投影面の交点を求める処理を行う
ことで、図4のようにスクリーン上に投影図を得る(但
し、この場合は視点と投影面の距離が有限である透視投
影を示している)。従って、投影変換が行われると前述
の視点座標系で表わされたデータはUVN座標系におけ
るデータに変換されたことになる。
って示された図形は最終的なデバイス座標系に変換さ
れ、表示装置に表示される。但し、デバイス座標系と
は、画像中でピクセルやドットの位置を表すときに用い
る座標系のことをいい、表示画像における座標系と同一
であるとする。
にして実現しているかを数式を使って説明する。
なるように設定されたワールド座標系において、視点の
位置と方向、対象となる物体が決定されることになる。
また、視点座標系のx軸は視軸と垂直に、y軸はUVN
座標系のV軸に平行となるように設定する。ここで、ワ
ールド座標空間における任意の点Pの座標を(X,Y,
Z)とする。視点の座標をPe(Xe,Ye,Ze)、ワール
ド座標系における方位角(左右の角度)をα、仰角(上
下の角度)をβ、点Pの視点座標系での座標(x,y,
z)で示すと、両者間には次の関係が成立する。
視軸座標系のz軸に垂直であるとし、また、視距離は前
述のfであるとすると、空間内の点Pを投影面であるU
−V平面上に投影した点P’の座標(x’,y’)は、 x’=−f×(x/z) y’=−f×(y/z) …(10) で示される。
ン領域が表示画像(デバイス座標系)におけるピクセル
(画素)の列に変換されるが、その際のスクリーン内の
点P’に対応する表示画像上の点を図5に示すように
P”(x”,y”)とすると、座標値x”,y”はそれ
ぞれ、 x”=a×x’/h+a/2 y”=b×y’/v+b/2 …(11) で与えられる。但し、hとvはそれぞれスクリーンの横
と縦の長さを、また、aとbはそれぞれ表示画像(デバ
イス座標系)の横と縦の画素数を示すものとする。
力画像内の画素に対応するスクリーン上の点を探し出
し、更にそれに対応する表示画像中の画素をその点にお
ける物体上のテクスチャの色の値で塗り潰して行くこと
により、UVN座標系に変換された物体の最終的な2次
元画像のピクセルの列に変換されることになる。
場合、表示デバイスの画素ごとに奥行き情報を格納する
領域(Zバッファ)を設け、この領域を用いて複数個の
物体の奥行きを比較し隠れた面を消去する手法(隠面消
去法)が用いられるのが一般的である。
け、表面に模様を付ける手法である。マッピングはレン
ダリングの一部を構成するものである。
つの座標系の間の座標変換によって行われる。
配列に対応した座標系である。テクスチャ座標(s,
t)から物体表面の座標(x,y)への変換は線形変換
であり、 x=a×s+b y=c×t+d となる。但し、a,b,c,dは適当な定数である。
かたによるが、線形の場合も非線形の場合もある。ワー
ルド座標系からスクリーン座標系へは、通常のレンダリ
ングの手続きによって行われる。つまり、ワールド座標
系から視点座標系への線形変換と視点座標系からスクリ
ーン座標系への透視変換で、4×4の同時マトリクスに
よって表現することができる。このようにマッピング
は、結果的に2次元のテクスチャから2次元のテクスチ
ャへの変換となるので、画像処理と同じように考えるこ
ともできる。
ローチャートに従って説明する。
グ手段1を操作し、3次元形状を作成する。具体的に
は、モニタを見ながら、マウスなどのポインティングデ
バイスを用い、3面図上で操作を行なう。例えば、曲線
をつないで平面を作成したり、曲線を任意の軸のまわり
に回転させて立体を作成する。また、このシステムに
は、あらかじめ基本となる3次元データである直方体、
球、円柱、円錐などが用意されていて、それを加工した
り、組み合わせたり、立体どうしの論理演算を行なった
りすることにより、複雑な立体形状を得ることができ
る。これらの操作を行なうことにより、3次元座標デー
タを生成する。
手段2を操作し、アニメーションデータの作成を行う。
つまり、時間の経過に応じた物体の動きや形状の変化を
与えて、アニメーションデータを得る。具体的には、動
作のキー(鍵)となる場面をいくつか作り、それらの間
を補間するキーフレームという方法が用いられる。各場
面では、物体の位置と向き、光源の種類と位置、物体を
観察するカメラの位置と向きなどを設定する。アニメー
ション設定手段2は、1フレームごとにそれらの設定を
補間し、アニメーションデータを生成する。
設定手段3を操作し、マッピングに必要な属性を設定す
る。操作者は、アニメーションデータの1場面(例えば
キーフレーム)を呼出し、その中に存在する各オブジェ
クトに張り付ける画像の選択、画像のどの部分を切り出
して使用するかの指定、それをオブジェクトのどこへ張
り付けるかの指定、画像の拡大率の指定、画像の透明度
の指定、画像の色変換の指定、物体表面の反射率、粒状
度の指定、マッピングの方法(平面マッピング、球マッ
ピング、環境マッピング等)の指定を行う。
値としてファイルに記述するか、キーボードなどから入
力を行い、その後、第2のマッピング手段5で行われて
いるような正確なマッピング演算を行い、演算の終了を
持って、その結果をモニタに表示し、確認を行ってい
た。これは、リアルタイムではなく、操作性の非常に悪
いものであった。そのため、試行錯誤に膨大な時間を費
やさざるを得なかった。
ッピング手段4が動作し、リアルタイムで物体へのマッ
ピングが行える。これが、本発明のもっとも特徴的な部
分である。操作者は画像表示手段7のモニタを観察しな
がら、物体へ張り付ける画像の選択を何度もやり直すこ
とが可能である。また、物体上で画像を移動し、張り付
ける最適な位置をさがしたり、画像の拡大率を変化させ
たり、画像の透明度を変化させたり、画像を色変換した
りすることも可能である。これらの操作がモニタを見な
がら、全てリアルタイムで行えるようになった。その結
果、操作性は大きく向上し、試行錯誤に要する時間は大
幅に削減された。
れば、ステップ5へ進み、やり直しをしたい場合は、ス
テップ3へ戻る。
いて、メニューの中から「マッピングテスト」の項目を
選択する。すると、第1のマッピング手段4は自動的に
アニメーションデータに対し、マッピングを行い、同時
に画像表示手段7にその結果を表示する。これも、本発
明の特徴とする所である。したがって、操作者は、モニ
タ画面でマッピングされて動くアニメーションを観察す
ることでテストを行うことができる。従来、マッピング
されたアニメーションをリアルタイムでテストすること
は不可能で、時間をかけて全アニメーションシーンに対
して、マッピングの演算を行い、その結果をファイルに
保存し、それを画像表示手段で表示して確認を行うか、
結果を1こまずつVTRに記録し、それを再生して確認
を行わなければならず、それに要する手間ははかり知れ
ないものであった。ここで行われるマッピングは前述の
様に、演算精度は高くないが、テストを行うには十分な
精度である。
れば、ステップ7へ進み、そうでなければ、ステップ3
へ戻り、マッピング属性の設定をやり直す。
いて、メニューの中から「マッピング実行」の項目を選
択する。すると、第2のマッピング手段5は自動的にア
ニメーションデータに対しマッピングを行い、1フレー
ムごとに画像ファイルを生成し、画像格納手段8に記録
する。NTSC方式の場合、1秒は30フレームで構成
されるので、たとえば、5秒のアニメーションなら、3
0×5=150枚の画像を生成することになる。以上の
操作でCGアニメーションが完成する。
エアモジュールとしてシステムに組み込むことも可能で
ある。またLS1にしてハードウエアとしてシステムに
組み込むことも可能である。
作者はCG制作の際、マッピングの属性設定とアニメー
ションデータにマッピングを施したときの確認を容易に
行うことができるようになった。この結果、作業性が大
幅に工場し、短時間で高品質のCGを制作できるように
なった。
いているが、タブレットとスタラスペンを用いることも
可能である。
テムに適用しても、ひとつの機器からなるシステムに適
用しても良い。また、本発明は、システム或は装置にプ
ログラムを供給することによって達成される場合にも適
用できることはいうまでもない。
ッピングにかかる各種設定を簡便なものとし、容易に、
且つ、高速に所望とするアニメーション画像を得ること
が可能になる。
系を示す図である。
る。
る。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 3次元物体形状を入力する3次元モデリ
ング手段と、 該3次元モデリング手段で得られた物体に動きを与える
アニメーション手段と、 該アニメーション手段で得られた物体に対し、マッピン
グに必要な各種属性情報を設定するマッピング属性設定
手段と、 該マッピング属性設定手段で設定された属性情報を、前
記アニメーション手段で得られた物体に簡易的に反映さ
せる第1のマッピング手段と、 前記マッピング属性設定手段で設定された属性情報を、
前記アニメーション手段で得られた物体に高精細に反映
させる第2のマッピング手段と、 前記第1のマッピング手段で再現された物体のアニメー
ションを表示する表示手段と、 該表示手段の表示処理後、前記マッピング属性設定手段
による属性情報を調整するか否かを選択する選択手段
と、 該選択手段で属性情報の調整を行わないことを選択した
場合、当該時点の属性情報に基づいて前記第2のマッピ
ング手段を付勢する制御手段と、 該制御手段の制御下で作成されたアニメーションデータ
を所定の記憶媒体に順次記憶する記憶手段とを備えるこ
とを特徴とする画像処理装置。 - 【請求項2】 前記第1のマッピング手段は、前記3次
元物体に前記属性情報を反映させるための演算精度を、
前記第2のマッピング手段の演算精度より低くすること
を特徴とする請求項第1項に記載の画像処理装置。 - 【請求項3】 前記第1のマッピング手段は、前記3次
元物体を所定サイズに固定してマッピングすることを特
徴とする請求項第1項に記載の画像処理装置。 - 【請求項4】 3次元物体形状を入力する3次元モデリ
ング工程と、 該3次元モデリング工程で得られた物体に動きを与える
アニメーション工程と、 該アニメーション工程で得られた物体に対し、マッピン
グに必要な各種属性情報を設定するマッピング属性設定
工程と、 該マッピング属性設定工程で設定された属性情報を、前
記アニメーション工程で得られた物体に簡易的に反映さ
せる第1のマッピング工程と、 前記マッピング属性設定手段で設定された属性情報を、
前記アニメーション手段で得られた物体に高精細に反映
させる第2のマッピング工程と、 前記第1のマッピング手段で再現された物体のアニメー
ションを表示する工程と、 該表示工程の表示処理後、前記マッピング属性設定手段
による属性情報を調整するか否かを選択する工程と、 該選択工程で属性情報の調整を行わないことを選択した
場合、当該時点の属性情報に基づいて前記第2のマッピ
ング手段を付勢する制御工程と、 該制御工程の制御下で作成されたアニメーションデータ
を所定の記憶媒体に順次記憶する記憶工程とを備えるこ
とを特徴とする画像処理方法。 - 【請求項5】 前記第1のマッピング工程では、前記3
次元物体に前記属性情報を反映させるための演算精度
を、前記第2のマッピング工程の演算精度より低くする
ことを特徴とする請求項第4項に記載の画像処理方法。 - 【請求項6】 前記第1のマッピング工程は、前記3次
元物体を所定サイズに固定してマッピングすることを特
徴とする請求項第4項に記載の画像処理方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21891294A JP3441804B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 画像処理装置及び方法 |
US08/307,152 US5687307A (en) | 1993-09-21 | 1994-09-16 | Computer graphic animation in which texture animation is independently performed on a plurality of objects in three-dimensional space |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21891294A JP3441804B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 画像処理装置及び方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0883352A JPH0883352A (ja) | 1996-03-26 |
JP3441804B2 true JP3441804B2 (ja) | 2003-09-02 |
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ID=16727271
Family Applications (1)
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JP21891294A Expired - Fee Related JP3441804B2 (ja) | 1993-09-21 | 1994-09-13 | 画像処理装置及び方法 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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US7053906B2 (en) | 2000-03-08 | 2006-05-30 | Sony Computer Entertainment Inc. | Texture mapping method, recording medium, program, and program executing apparatus |
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-
1994
- 1994-09-13 JP JP21891294A patent/JP3441804B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
上垣 英継,"3S Studioを使って、リアルなアニメーションを作成する",日経CG,日経BP社,1993年12月 1日,第87号,p.107−112 |
佐々木 彰男,"Alias StudioとSketch!を使って曲面主体に自動車をデザインする",日経CG,日経BP社,1993年 8月 1日,第83号,p.139−144 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0883352A (ja) | 1996-03-26 |
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Legal Events
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